換電重卡及換電站經濟性測算和發展判斷

馮 莉 朱云堯

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 404100）

0 引言

為助力“3060”國家雙碳目標，更加節能環保的純電重卡進入相對快速發展階段，換電模式相比于充電模式具有購車成本低、補能效率高、電池使用壽命長、緩解電網負荷等多方面優勢，能夠滿足更多應用場景。

近年來，國家先后出臺相關政策鼓勵換電模式。2020年全國兩會上，換電站成為新基建的重要組成部分，首次寫入《政府工作報告》；2021 年《政府工作報告》也將“建設充電樁”擴展為“增加充電樁、換電站等設施”；《“十四五”節能減排綜合工作方案》中提出，要推動綠色公路建設，有序推進充換電、加注(氣)、加氫、港口機場岸電等基礎設施建設，提高城市公交、出租、物流、環衛清掃等車輛使用新能源汽車的比例；工信部2021年啟動了換電示范工程，納入試點范圍的城市共有11個,其中綜合應用類城市8個(北京、南京、武漢、三亞、重慶、長春、合肥、濟南),重卡特色類3個(宜賓、唐山、包頭)[1]。

1 換電重卡市場現狀

2023上半年，我國商用車上險量143萬5 395輛，同比增長7.6%；新能源商用車上險量10萬4 202輛，同比增長56.4%，滲透率為7.3%；純電動商用車上險量9萬9 905輛，占新能源商用車的95.9%，新能源商用車中純電動依舊占主流；換電商用車上險量6 052輛，同比增長5.1%；換電市場中，換電重卡上險量5 729輛，占換電商用車的95.6%，換電重卡占純電重卡的54.6%，詳見表1。

從車型分類看，重卡是換電商用車重點落地方向，當前主要應用場景為牽引、自卸、混凝土攪拌運輸、垃圾渣料運輸等。

從技術路線看，2023上半年純電動重卡中，換電重卡占比54.6%，超純電重卡1/2的市場份額，且換電重卡占比呈上升趨勢。

從競爭格局看，換電重卡整車企業頭部效應明顯。2023上半年，徐州徐工、三一汽車、漢馬科技3家企業為換電重卡生產企業TOP3，占據整個換電重卡市場的49.2%，詳見圖1。

圖1 2023上半年換電重卡生產企業上險量TOP10（數據來源：上險數，不含進口)

從搭載的動力電池類別看，換電重卡全部搭配磷酸鐵鋰電池，占據100%的市場份額，無三元和錳酸鋰、鈦酸鋰等其他類型動力電池；從電池容量來看，換電重卡配套的動力電池當前集中在281～350 kWh；從換電重卡噸位看，換電重卡總質量集中在25～30 t。

2 燃油與換電重卡使用端TCO計算與對比分析

隨著柴油價格不斷攀升，新能源重卡的經濟性逐步顯現。以30 t級重卡為例，分別分析不同使用場景下燃油、換電重卡全生命周期總擁有成本(TCO)，并對比其經濟性。以日均行駛里程200 km為條件，燃油、換電重卡TCO估算結果詳見表2。

表2 日均行駛里程200 km場景下燃油、換電重卡TCO計算對比

購置成本上，換電重卡通過“車電分離”的模式，使用端僅需要購買車身，無需負擔電池成本，能夠大幅降低重卡購置成本，單車價格與燃油車相近。

能源成本上，燃油重卡滿載情況下百公里能耗約35 L/100 km，柴油價格7.4元/L；換電重卡百公里能耗約140 kWh/100 km，服務費平均1.8元/kWh，換電重卡全生命周期能耗總費用相較燃油車有一定的優勢。由于多種因素引發柴油價格不斷上調，換電重卡的能源成本優勢將進一步加大[2]。

維保成本上，由于換電車輛電池的日常養護轉嫁給換電站運營商，全生命周期的保養費用有一定的縮減，使用端也無需擔心動力電池容量衰減等成本問題。但在保險費用上，由于換電重卡初始購置成本較燃油重卡高，全生命周期商業保險費用略高。

綜合購置成本、能源成本、維保成本,日均行駛里程200 km場景換電重卡TCO較燃油重卡高約0.3%。

同理分別計算日均行駛里程300 km、400 km、500 km、600 km不同使用場景下燃油重卡及換電重卡TCO，詳見表3。

表3 不同場景下燃油及換電重卡TCO對比

能源成本是影響TCO的第一大維度，隨著單車日均行駛里程的提升，換電重卡的經濟性逐漸體現，當日均行駛里程300 km時，換電重卡較燃油重卡已具備成本優勢，日均行駛里程越長，成本優勢越大(注：結果為理想狀態下TCO計算模型計算，所有的數據來源為公開數據及調研數據，或與實際有所差距，最終以官方發布為準)。

工作效率上，換電模式可實現快速補能，與燃油模式效率相當，以24 h工作時間計算，單日較充電模式可帶來約15%的效率提高，詳見表4。對于講究運營效率的重卡來說，時間也是一種成本，換電模式對重卡更具有吸引力[3]。

表4 換電重卡使用效率

換電重卡環保、高效的優勢得到市場肯定。對于使用端來說，換電重卡具有一定的經濟性，但經濟性表現不明顯，雖然目前換電重卡占據純電重卡大盤超過1/2的市場份額，但大部分是基于給予補貼、路權等政策引導及驅動。此外，車輛使用端與換電站運營端需求及供給不匹配，換電重卡車輛數量及換電站數量不匹配是制約換電發展的一大因素。更低的使用成本、優質的產品供給、便捷的換電服務是換電市場未來能否持續發展的關鍵。

3 不同場景下重卡換電站成本收益計算與分析

換電站建設是重資產模式，前期投入大，以換電站服務重卡的數量及單車日均行駛里程為變量，分別計算換電站投入回收周期，以期實現商業上的可持續性。

以換電站服務10輛“車電分離”換電重卡為條件，計算換電站成本、營收及回收年限，詳見表5。

表5 服務10輛重卡換電站成本收益計算

換電站投入成本分為上游建站成本、下游運營成本及流動成本，服務不同數量的換電重卡，成本均不相同。以服務10輛車為例，電池帶電量350 kWh、百公里能耗140 kWh/100km的重卡單日換電次數N換與日均行駛里程M日有關。

式中N換為比計算值大的最小整數。按每輛車年均行駛300天計算單車年行駛里程M年及單車年均能耗E年。車載電池數量N載等于服務車輛數量N。理想狀態下每塊電池2 h內完成充電，10輛重卡全部錯開時間換電，則理想狀態下備用電池數量如式(2)所示，式中N備為比計算值大的最小整數，且N備最小值為0.2×N，即備用電池最少配比為0.2∶1。磷酸鐵鋰電池全生命周期按循環3 000次計算，服務10輛車電池報廢年份如式(3)所示。場地設備折舊年限Y場廢均按10年進行計算。

建站成本可細分為土地租賃、場地建設、設備成本、電池成本。其中服務10～20輛換電重卡土地租金15萬元/年，場地建設費200萬元；服務30～40輛換電重卡土地租金20萬元/年，場地建設費300萬元；服務40輛以上換電重卡，土地租金20萬元/年，場地建設費400萬元。按快充樁投資費用25萬元/樁，其他設備成本總包35萬元，則設備成本如式(4)所示。按電池成本1 100元/kWh計算車載電池成本如式(5)所示，備用電成本如式6所示。

運營成本可細分為人力成本、場站維保、辦公消耗、場備折舊費和電池折舊費。人均成本7萬元/年，服務10～20輛換電重卡需要2人，20～30輛需要3人，30～40輛需要4人分別計算不同場景下人力成本。場站維保費用均按4萬元/年計算，辦公消耗費用均按2萬元/年計算。場備折舊費如式(7)所示，電池折舊費如式(8)所示。

流動成本主要為電費支出P，電費標準詳見表6，計算可得工業平均用電電價為0.74元/kWh。

表6 工業用電峰平谷時間段及電價

換電站的營收主要為服務費，服務費包括換電服務費(含電費)及電池租賃費，服務費按1.8元/kWh計算。

綜合考慮成本及營收，計算成本回收期，服務10輛車，當每輛車日均行駛200 km時，年度營收不足以支撐成本，方案不具備經濟性；日均行駛300 km、400 km、500 km和600 km時成本回收周期分別為29.7年、13.7年、9.9年和7.3年[4]。

按上述計算標準，分別計算服務20輛、30輛、40輛、50輛和60輛換電重卡成本回收周期，計算結果詳見圖2。

圖2 不同服務場景下換電站成本回收周期

換電站成本回收周期與服務車輛數量及單車日均行駛里程高度相關，隨著服務車輛數量及行駛里程的增長，成本回收周期逐漸縮短。按換電站需7年回成本計算，換電站服務場景為單車行駛里程400 km，服務40輛換電重卡時即可滿足條件(一般企業成本回收周期為8年，因計算模型忽略邊緣成本，此處按7年回收成本計算)。換電站可進一步延展電池后端梯次利用和回收環節，為換電站帶來新增的經濟價值。

4 換電重卡發展建議

理想應用場景下，換電重卡及換電站模式相比燃油重卡具備一定經濟性，但實際運行中很難找到理想應用場景，因此換電重卡及換電站使用和運營仍存在較大不確定性，為保證換電重卡行業穩定、高質量發展，現提出如下發展建議：

一是政府在政策端加大支持力度。行業政策是當前增加重卡銷量的關鍵變量，國家及地方應從政策端對換電重卡進行具象引導。國家政策層面，政府應持續支持公共領域換電站建設，出臺專項資金扶持，給予一定的建站或運營補貼，減少換電站成本回收周期。同時，加快推動換電站建設標準，推動換電站互聯互通。地方政府也應接力國家政策，加快調整當地產業結構，從補貼、路權開放等方面進行強制要求，推動有關企業率先應用換電重卡；

二是持續拓展換電重卡商業化應用場景。短期看，換電重卡依舊是區域性的使用場景，但中長距離的干線運輸場景更能大幅提升使用端及換電站運營端經濟性。建議加快布局服務區內換電站站點，率先拓展換電重卡在固定路段中距離干線物流運輸，有效降低運輸成本，實現更好的經濟效益；

三是充電站與換電站融合建設，提高資源復用性。充電站與換電站融合建設，實施集中充電、分布換電模式，靈活適用不同應用場景，大幅減少線路及配電投資，投資規模小，資源復用性高；

四是換電站與車輛運營端加強合作，提升換電站利用率。換電站行業具有較強的“網絡效應”，數量更多的換電站站點和更密集的換電站網絡有利于提高換電站行業服務的便利性，吸引更多用戶采購換電車型。換電站產業上下游通力合作，重卡生產企業、換電站運營商、電池廠、B端客戶等強綁定，共同確定換電重卡投放計劃，打造相對可行的換電重卡應用場景，提升換電站利用率，形成成熟穩定的換電運營生態。

換電站達到一定規模，重卡換電經濟性得到驗證后，換電重卡的滲透率有望進一步提升，未來在商業模式的不斷創新下，換電重卡賽道將具備更廣闊的空間。